JP3689355B2

JP3689355B2 - Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP3689355B2
Application number: JP2001243519A
Authority: JP
Inventors: 秀一山本
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2003060123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には基板に半導体素子を搭載した半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に半導体素子を搭載した半導体装置として、従来、ＢＧＡ(Ball Grid Array)、ＬＧＡ(Land Grid Array)等の製品が知られている。これらの半導体装置の製造方法としては、基板に半導体素子を搭載した後、半導体素子と基板に形成された配線パターンとをワイヤボンディングによって電気的に接続し、半導体素子を樹脂封止し、基板に外部接続端子を接合して製品とする方法が一般になされている。
【０００３】
ところで、電子機器に搭載される半導体素子の高機能化に伴い、これらの半導体素子を搭載するパッケージは多ピンになるとともに、より高密度に配線パターンが形成されるようになってきた。また、一方、半導体装置を搭載する電子機器を小型化する要請から、高機能を保持しながら、半導体装置を限界的にまで小型化することが求められるようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した基板に半導体装置を搭載した半導体装置製品について、小型化、薄型化を図る方法として従来なされている方法は、より薄い基板を使用すること、薄い半導体素子を搭載すること、ワイヤボンディング時のボンディングワイヤの高さを低く抑えること、封止樹脂の厚さを薄くするといった方法である。たとえば、基板としてプリント基板を使用すると基板が厚くなるから、より薄く形成できるテープ状の基板を使用すること、半導体素子の裏面を研削して薄くした半導体素子を搭載するといったことが行われている。
【０００５】
しかしながら、厚さの薄い基板を使用し、半導体素子を研削して薄型化して使用するといった従来方法では、使用する各部材の厚さによって製品全体の厚さが規定されるから、半導体装置の厚さを薄くしたとしても１ｍｍ程度の厚さとするのが限界であった。したがって、半導体装置全体の厚さをさらに薄くする必要がある場合には、従来方法ではほとんど不可能であり、半導体装置の小型化の要請に十分に応えることができない。また、最近の半導体装置では半導体素子を複数枚積み重ねて搭載する製品が多くなってきた。このような半導体素子を積み重ねる形式の半導体装置の場合も、効果的に薄型化できることが求められるようになってきた。
【０００６】
本発明はこれらの課題を解消すべくなされたものであり、その目的とするところは、基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置において、半導体装置の全体の厚さを効果的に薄くして半導体装置の小型化に好適に対応することができる半導体装置およびその製造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、配線パターンが設けられた基板に半導体素子を搭載し、半導体素子と前記配線パターンのボンディング部とをワイヤボンディングにより電気的に接続し、前記半導体素子を樹脂封止して形成する半導体装置の製造方法において、前記基板として、前記半導体素子を収容する搭載穴を厚さ方向に貫通して設けた基板を使用し、前記基板の一方の面に前記搭載穴の開口部を塞ぐ保護テープを貼着した後、前記搭載穴に半導体素子を位置合わせし、半導体素子の電極端子形成面を接着面側として前記保護テープに半導体素子を接着し、保護テープに半導体素子を支持した状態で半導体素子を裏面側から研削して半導体素子の厚さを薄くした後、前記樹脂封止を含む前記ワイヤボンディング以降の加工を施すことを特徴とする。
【０００８】
また、前記保護テープに半導体素子を支持した状態で半導体素子を裏面側から研削する際に、あわせて基板の他方の面側を研削して基板の厚さを薄くすることを特徴とする。これによって、半導体装置をさらに薄く形成することが可能となる。
また、前記半導体素子を裏面側から研削して半導体素子の厚さを薄くした後、基板の他方の面に他の保護テープを貼着し、基板の一方の面から保護テープを除去して、前記半導体素子の電極端子形成面を露出させ、該半導体素子の電極端子形成面に他の半導体素子を積み重ねて接合した後、前記各々の半導体素子と配線パターンのボンディング部とをワイヤボンディングすることを特徴とする。
【０００９】
また、前記基板として、第１の半導体素子を収容する搭載穴とボンディング部を露出させるボンディング穴を設けた基板を使用し、保護テープに第１の半導体素子を支持した状態で第１の半導体素子を裏面側から研削して半導体素子の厚さを薄くした後、前記第１の半導体素子の研削面上に第２の半導体素子を積み重ねて接合し、次いで、第２の半導体素子と前記ボンディング穴内で露出するボンディング部とをワイヤボンディングした後、前記基板の他方の面側を樹脂封止し、次に、前記保護テープを除去して前記第１の半導体素子の電極端子形成面を露出させ、前記第１の半導体素子と前記ボンディング部の露出面とをワイヤボンディングした後、前記基板の一方の面側に露出する前記第１の半導体素子の電極端子形成面およびボンディングワイヤを樹脂により封止することを特徴とする。
また、前記第１の半導体素子の研削面上に第２の半導体素子を積み重ねて接合した後、第２の半導体素子の電極端子形成面上にさらに他の半導体素子を積み重ねて接合し、前記第２の半導体素子と他の半導体素子とボンディング部とをワイヤボンディングによって接続した後、前記基板の一方の面側に露出する前記第１の半導体素子の電極端子形成面およびボンディングワイヤを樹脂により封止することを特徴とする。
【００１０】
また、前記半導体素子を樹脂封止した後、配線パターンのランド部に外部接続端子を接合することを特徴とする。これによって、外部接続端子つきの半導体装置として提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を示す説明図である。以下、製造工程を順に説明する。
本実施形態では、半導体素子を搭載する基板１０としてテープ基板を使用する。図１(a)はポリイミド等の電気的絶縁性を有する絶縁性フィルム１２の一方の面に配線パターン１４を形成した基板１０を示す。絶縁性フィルム１２の片面に銅箔が被着されたテープ基板を被加工品とし、銅箔を所定のパターンにエッチングすることによって、所定の配線パターン１４を有する基板１０を得ることができる。
【００１２】
図１(a)に示す基板１０において、１４ａはボンディングワイヤを介して半導体素子と電気的に接続するためのボンディング部、１４ｂははんだボール等の外部接続端子を接合するランド部である。基板１０におけるこれらのボンディング部１４ａ、ランド部１４ｂ等の構成は、従来の半導体装置に用いられている基板の構成と同様である。図１(a)に示す基板１０において特徴的な構成は、基板１０に搭載する半導体素子の搭載位置に合わせて、絶縁性フィルム１２に半導体素子を収容する搭載穴１６を貫通させて設けたことにある。なお、ランド部１４ｂはランド部１４ｂとなる配線パターンが露出する開口穴を絶縁性フィルム１２に設けて形成されている。
【００１３】
搭載穴１６は、絶縁性フィルム１２に所定のパターンで配線パターン１４を形成した後、基板１０をプレス抜き加工することによって形成することができる。なお、プレス抜き加工によってあらかじめ絶縁性フィルム１２に搭載穴１６を形成した後、絶縁性フィルム１２の片面に銅箔を被着したテープ基板を被加工品として銅箔をエッチングすることにより、配線パターン１４および搭載穴１６が形成された基板１０を得ることができる。
テープ基板に設ける配線パターン１４は必ずしも１層のものに限られるものではない。層間に絶縁層を介することにより、配線パターン１４を多層に形成した基板１０を使用することもできる。
【００１４】
なお、図１では、説明上、基板１０で半導体素子を搭載する１単位部分を示しているが、実際に製造工程で取り扱う基板１０は、半導体素子を搭載する単位部分が縦横に多数個連接されたものである。
本実施形態で、図１に示す基板１０の厚さは絶縁性フィルム１２と配線パターン１４の厚さを合わせて５０〜８０μｍ程度である。
【００１５】
図１(b)は、半導体素子を搭載する前工程として、基板１０の配線パターン１４を形成した面の全面に保護テープ１８を貼着し、搭載穴１６の開口部を保護テープ１８によって塞いだ状態を示す。保護テープ１８は基板１０に設けた搭載穴１６内で半導体素子を仮に支持するためのものである。このため保護テープ１８としては、基板１０に貼着される面にあらかじめ接着層が設けられているものを使用する。
【００１６】
図１(c)は、基板１０の搭載穴１６に位置合わせして半導体素子２０を保護テープ１８に貼り付け、保護テープ１８を介して基板１０に半導体素子２０を支持した状態を示す。半導体素子２０は電極端子が形成されている面を保護テープ１８に接着する。通常使用されている半導体素子２０は、厚さ３００〜４００μｍ程度である。したがって、保護テープ１８に半導体素子２０を接着した状態で半導体素子２０の裏面側が搭載穴１６から外方に延出するようになる。
【００１７】
図１(d)は、本発明方法において特徴的な製造工程であり、半導体素子２０を裏面側から研削して半導体素子２０の厚さを薄くしたことを示す。この研削工程では、半導体素子２０を研削すると同時に基板１０の絶縁性フィルム１２を研削して半導体素子２０と基板１０の厚さをともに薄くする。これによって、半導体素子２０と基板１０の研削面は同一高さ面となる。本実施形態ではこの研削工程により基板１０と半導体素子２０の厚さを３０〜５０μｍ程度まで薄くした。半導体素子２０の裏面側には回路が形成されていないから、半導体素子２０を裏面側から研削して厚さを薄くすることは特性的に問題にならない。なお、半導体素子２０を研削する際に基板１０までも研削する必要がない場合には、半導体素子２０を基板１０と同程度の厚さまで研削することで止めてもよい。
【００１８】
図１（ｅ）は、次に、基板１０の外部接続端子を接合する面側に保護テープ２２を貼着し、基板１０の配線パターン１４を形成した面から保護テープ１８を剥離して除去した状態を示す。保護テープ１８を剥離することにより、半導体素子２０の電極端子を形成した面および基板１０の配線パターン１４を形成した面が露出する。
図１（ｆ）は、半導体素子２０と基板１０のボンディング部１４ａとの間をワイヤボンディングして配線パターン１４と半導体素子２０とを電気的に接続した状態を示す。２４がボンディングワイヤである。ワイヤボンディングの際のボンディングワイヤ２４の高さは０．１ｍｍ程度以下に設定する。
【００１９】
図１（ｇ）は、保護テープ２２によって半導体素子２０が搭載された基板１０の片面側を全面にわたって樹脂封止した状態を示す。封止樹脂２６により、半導体素子２０およびボンディングワイヤ２４および配線パターン１４が完全に封止される。本実施形態では封止樹脂２６を厚さを０．３ｍｍ以下とした。
図１（ｈ）は、図１（ｇ）に示す状態から保護テープ２２を剥離して除去した状態を示す。基板１０に半導体素子２０を搭載した後、基板１０の外部接続端子を接合する面側を保護テープ２２により全面にわたって被覆して樹脂封止したことにより、封止樹脂２６が搭載穴１６内に入り込み、半導体素子２０は研削面のみ外部に露出した状態で樹脂封止される。図１（ｈ）に示した状態で基板１０と半導体素子２０は封止樹脂２６によって一体に支持され、単体のパッケージとして提供することが可能となる。
【００２０】
図１（ｉ）は、ランド部１４ｂに外部接続端子２８としてのはんだボールを接合した状態である。外部接続端子２８の高さは０．１５ｍｍ程度である。
外部接続端子２８を接合した後、基板１０を半導体装置ごとに個片に分割することによって単体の半導体装置が得られる。
【００２１】
本実施形態の製造方法によって得られた半導体装置の厚さは、基板１０と封止樹脂２６の厚さおよび外部接続端子２８の高さを合わせて０．５ｍｍ以下となる。このように半導体装置全体の厚さを薄く形成できたのは、できるだけ薄い基板１０を使用すること、封止樹脂２６の厚さを薄くすること、外部接続端子２８の高さを低くしたことはもちろんであるが、半導体素子２０の厚さを薄くするため半導体素子２０を研削して薄型化したことと、基板１０に設けた搭載穴１６に半導体素子２０を収容して、半導体素子２０の厚さを基板１０の厚さ内に吸収する構成としたことによる。
また、上記製造方法によって得られた半導体装置は、半導体素子２０の裏面が外部に露出しているから、半導体素子２０からの熱放散性が良好になるという利点もある。
なお、本実施形態ではランド部１４ｂに外部接続端子２８を接合する構成としたが、ＬＧＡのように、ランド部１４ｂに外部接続端子２８を接合せずに製品とする場合は、さらに半導体装置を薄く形成することができる。
また、本実施の形態においては基板１０として絶縁性フィルム１２を基材とするテープ基板を使用したが、基板は樹脂基板以外の基板を使用することも可能である。
【００２２】
なお、上記実施形態においては、基板１０に１枚の半導体素子２０を搭載して半導体装置を形成したが、上記製造方法において基板１０に２枚以上の半導体素子を搭載して半導体装置とすることも可能である。
図２は、２枚の半導体素子２０ａ、２０ｂを第１の半導体素子２０ａの上に第２の半導体素子２０ｂを積み重ねるように接合して搭載した例である。この実施形態の半導体装置を製造する場合は、図１（ｅ）において基板１０の下面に保護テープ２２を貼着して、保護テープ１８を除去し、半導体素子２０ａの電極端子形成面を露出させた状態で、第２の半導体素子２０ｂを半導体素子２０ａの上に接合して搭載する。この場合、第２の半導体素子２０ｂは第１の半導体素子２０ａの電極配置に干渉しないよう第１の半導体素子２０ａよりも小型のものを使用する。
【００２３】
第１の半導体素子２０ａに第２の半導体素子２０ｂを接合した後は、通常のワイヤボンディング法によって各々の半導体素子２０ａ、２０ｂとボンディング部１４ａとをワイヤボンディングすればよい。ワイヤボンディング後は、図１（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）と同様な方法で半導体素子２０ａ、２０ｂを樹脂封止し、外部接続端子２８を接合することにより、図２に示すような２枚の半導体素子２０ａ、２０ｂを積み重ねて搭載した半導体装置を得ることができる。
【００２４】
図３は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施の形態を示す説明図である。本実施形態では基板に２枚の半導体素子を積み重ねて搭載する。
図３(a)は、テープ基板からなる基板１０に半導体素子２０を搭載する搭載穴１６を設け、基板１０の外部接続端子を接合する面に保護テープ１８を貼着した状態を示す。基板１０は絶縁性フィルム１２の一方の面に配線パターン１４を設け、ボンディング部１４ａとランド部１４ｂとを露出させて、基板１０の配線パターン１４を設けた面をソルダーレジスト１３によって被覆したものである。
【００２５】
本実施形態では基板１０に半導体素子を積み重ねて搭載し、各々の半導体素子とボンディング部とをワイヤボンディングによって電気的に接続する方法として、基板１０に設けたボンディング部１４ａに基板１０の上面と下面の双方からワイヤボンディングして接続する方法によっている。すなわち、半導体素子２０を収容する搭載穴１６の周囲に半導体素子２０と電気的に接続されるボンディング部１４ａを搭載穴１６を囲むように配置し、これらのボンディング部１４ａの配置に合わせて絶縁性フィルム１２にボンディング穴１７を設けることによりボンディング部１４ａの上面をボンディング穴１７内で露出させ、基板１０の下面ではボンディング部１４ａの下面を露出させるようにソルダーレジスト１３を設けている。
【００２６】
図３(b)は、基板１０の搭載穴１６に位置合わせして第１の半導体素子２０ａの電極端子形成面を保護テープ１８に貼り付け、保護テープ１８を介して基板１０に半導体素子２０ａを支持した状態である。
図３(c)は、半導体素子２０ａの裏面側を研削して半導体素子２０ａの厚さを薄くするとともに、基板１０の絶縁性フィルム１２を研削して基板１０の厚さを薄くした状態である。上述した第１の実施形態の場合と同様に、半導体素子２０ａの研削面と絶縁性フィルム１２の研削面が同一高さ面となる。実施形態では研削後の状態で、半導体素子２０ａと絶縁性フィルム１２の厚さを５０μｍ程度とした。
【００２７】
図３(d)は、半導体素子２０ａと絶縁性フィルム１２とを研削した後、第１の半導体素子２０ａに第２の半導体素子２０ｂを積み重ねるようにして接合し、第２の半導体素子２０ｂと配線パターン１４のボンディング部１４ａとをワイヤボンディングして電気的に接続した状態を示す。第２の半導体素子２０ｂは電極端子形成面を外面側として裏面を第１の半導体素子２０ａの裏面に接合して積み重ねる。第２の半導体素子２０ｂは第２の半導体素子２０ａの裏面に接合するから第１の半導体素子２０ａと第２の半導体素子２０ｂとは同一の大きさのものが使用できる。第２の半導体素子２０ｂは接合前にあらかじめ裏面を研削して５０μｍ程度の厚さに形成したものを使用する。
【００２８】
第２の半導体素子２０ｂとボンディング部１４ａとのワイヤボンディングは、ボンディング穴１７内で露出しているボンディング部１４ａの上面にワイヤボンディングする操作となる。絶縁性フィルム１２は研削により薄く形成されているから、ボンディング穴１７の開口面積を適当に設定することにより、従来のボンディングツールを用いて容易にワイヤボンディングすることができる。
【００２９】
図３（ｅ）は、基板１０の半導体素子２０ａ、２０ｂが搭載された面側を全面にわたって樹脂封止した状態を示す。半導体素子２０ａ、２０ｂは保護テープ１８によって支持された状態で樹脂封止され、封止樹脂２６によって半導体素子２０ａ、２０ｂおよびボンディングワイヤ２４が封止される。
図３（ｆ）は、樹脂封止後に、保護テープ１８を基板１０から剥離し、第１の半導体素子２０ａとボンディング部１４ａとをワイヤボンディングにより電気的に接続した状態を示す。保護テープ１８を基板１０から剥離することにより半導体素子２０ａの電極端子形成面とボンディング部１４ａの下面が露出する。半導体素子２０ａとボンディング部１４ａとは通常のワイヤボンディング法によって電気的に接続することができる。
【００３０】
図３（ｇ）は、半導体素子２０ａとボンディング部１４ａとをワイヤボンディングした後、半導体素子２０ａの電極端子形成面とボンディングワイヤ２４とボンディング部１４ａの露出部分を樹脂３０によって封止し、ランド部１４ｂに外部接続端子２８を接合して半導体装置とした状態を示す。樹脂３０によって封止する操作はポッティング等による。
【００３１】
本実施形態の製造方法によれば、第１の半導体素子２０ａについては基板１０に設けた搭載穴１６に収容して搭載する方法としたことによって、効果的に半導体装置の全体の厚さを薄くすることが可能となった。また、第１の半導体素子２０ａについては基板１０の下面側からボンディング部１４ａにワイヤボンディングし、第２の半導体素子２０ｂについては基板１０の上面側からボンディング部１４ａにワイヤボンディングする構成としたことにより、半導体素子を積み重ねて搭載した半導体装置でなおかつ半導体装置の厚さを効果的に薄くすることが可能となっている。本製造方法によれば、封止樹脂２６の厚さを薄くし、外部接続端子２８に高さを低くすることによって０．６ｍｍ程度の厚さ以内で半導体装置を製造することが可能となる。
【００３２】
なお、上記実施形態で基板１０に搭載した半導体素子は２枚であるが、３枚以上の半導体素子を搭載することも可能である。
図４は、上記実施形態と同様な方法により基板１０に３枚の半導体素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを搭載した半導体装置を示す。この実施形態の半導体装置を製造する場合は、図３（ｃ）に示すように第１の半導体素子２０ａの裏面を研削した後、第２の半導体素子２０ｂを第１の半導体素子２０ａに接合し、さらに第３の半導体素子２０ｃを第２の半導体素子２０ｂに接合する。第３の半導体素子２０ｃは第２の半導体素子２０ｂの電極端子形成面に接合するから、第２の半導体素子２０ｂの電極と干渉しないよう第３の半導体素子２０ｃは第２の半導体素子２０ｂよりも小さな素子を使用する。
【００３３】
第２の半導体素子２０ｂに第３の半導体素子２０ｃを接合した後、第２の半導体素子２０ｂおよび第３の半導体素子２０ｃとボンディング部１４ａとをワイヤボンディングによって電気的に接続する。半導体素子２０ｂ、２０ｃを積み重ねた状態でボンディング部１４ａとワイヤボンディングする方法は従来方法と同様である。
半導体素子２０ｂ、２０ｃとボンディング部１４ａとをワイヤボンディングした後は、図３（ｅ）に示すように、基板１０の片面側を樹脂封止し、半導体素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを封止樹脂２６によって封止した後、図３（ｆ）、（ｇ）に示すと同様に保護テープ１８を剥離して除去し、第１の半導体素子２０ａとボンディング部１４ａとをワイヤボンディングし、第１の半導体素子２０ａ、ボンディングワイヤ２４を樹脂３０によって封止し、ランド部１４ｂに外部接続端子２８を接合することによって図４に示す半導体装置を得ることができる。
【００３４】
図４に示すように、半導体素子を３枚以上積み重ねるようにして搭載した半導体装置の場合も、本発明に係る半導体装置の構成によれば、基板の厚さによって半導体素子の厚さを吸収することができ、効果的に半導体装置の厚さを薄くすることが可能となる。そして、本発明に係る半導体装置によれば、従来の基板に半導体素子を搭載した半導体装置の２分の１程度の厚さにまで薄くすることが可能となり、電子装置の小型化に好適に対応することが可能になる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置およびその製造方法によれば、上述したように、半導体装置の薄型化を好適に図ることができ、これによって電子装置の小型化に好適に対応することができる半導体装置として提供することができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０基板
１２絶縁性フィルム
１３ソルダーレジスト
１４配線パターン
１４ａボンディング部
１４ｂランド部
１６搭載穴
１７ボンディング穴
１８、２２保護テープ
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ半導体素子
２４ボンディングワイヤ
２６封止樹脂
２８外部接続端子
３０樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a semiconductor element mounted on a substrate and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, products such as BGA (Ball Grid Array) and LGA (Land Grid Array) are known as semiconductor devices having a semiconductor element mounted on a substrate. As a manufacturing method of these semiconductor devices, after mounting a semiconductor element on a substrate, the semiconductor element and a wiring pattern formed on the substrate are electrically connected by wire bonding, the semiconductor element is sealed with resin, A method of joining external connection terminals to obtain a product is generally used.
[0003]
By the way, as semiconductor devices mounted on electronic devices become more sophisticated, packages on which these semiconductor devices are mounted have become multi-pin and wiring patterns have been formed with higher density. On the other hand, in response to a demand for downsizing an electronic device on which a semiconductor device is mounted, it is required to downsize the semiconductor device to the limit while maintaining high functionality.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, as a method for reducing the size and thickness of a semiconductor device product in which a semiconductor device is mounted on the substrate described above, a thinner substrate, mounting a thin semiconductor element, and wire bonding are used. This is a method in which the height of the bonding wire is kept low and the thickness of the sealing resin is reduced. For example, when a printed circuit board is used as a substrate, the substrate becomes thick, so a tape-shaped substrate that can be formed thinner is used, or a semiconductor element that is thinned by grinding the back surface of the semiconductor element is mounted. .
[0005]
However, in a conventional method in which a thin substrate is used and a semiconductor element is ground and thinned, the thickness of each product is defined by the thickness of each member used. Even if the thickness is reduced, the thickness is limited to about 1 mm. Therefore, when it is necessary to further reduce the thickness of the entire semiconductor device, it is almost impossible with the conventional method, and the demand for downsizing of the semiconductor device cannot be sufficiently met. In recent semiconductor devices, there are many products in which a plurality of semiconductor elements are stacked and mounted. In the case of such a semiconductor device in which semiconductor elements are stacked, it has been demanded that the thickness can be effectively reduced.
[0006]
The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to effectively reduce the overall thickness of a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a substrate. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can suitably cope with downsizing of the semiconductor device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
That is, a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a substrate provided with a wiring pattern, the semiconductor element and a bonding portion of the wiring pattern are electrically connected by wire bonding, and the semiconductor element is formed by resin sealing. In the manufacturing method, as the substrate, a substrate provided with a mounting hole that accommodates the semiconductor element in the thickness direction is used, and a protective tape that covers the opening of the mounting hole is attached to one surface of the substrate. After mounting, the semiconductor element is aligned with the mounting hole, the semiconductor element is bonded to the protective tape with the electrode terminal forming surface of the semiconductor element as the bonding surface side, and the semiconductor element is supported in a state where the semiconductor element is supported on the protective tape. after the thickness of the semiconductor device is ground from the back side, characterized in that subjected to processing of the wire bonding after including the resin sealing.
[0008]
Also, when grinding the semiconductor device from the back side while supporting the semiconductor element to the protective tape, by grinding the surface side of the other side of the substrate together, characterized in that the thickness of the substrate. As a result, the semiconductor device can be formed thinner.
In addition, after grinding the semiconductor element from the back side to reduce the thickness of the semiconductor element, another protective tape is attached to the other surface of the substrate, and the protective tape is removed from one surface of the substrate, Exposing the electrode terminal formation surface of the semiconductor element, stacking and joining other semiconductor elements to the electrode terminal formation surface of the semiconductor element, and then wire bonding the semiconductor element and the bonding portion of the wiring pattern. Features.
[0009]
Further, as the substrate, a substrate provided with a mounting hole for accommodating the first semiconductor element and a bonding hole for exposing the bonding portion is used, and the first semiconductor element is supported in a state where the first semiconductor element is supported on the protective tape. Is ground from the back side to reduce the thickness of the semiconductor element, and then the second semiconductor element is stacked and bonded on the ground surface of the first semiconductor element, and then the second semiconductor element and the bonding hole After bonding the bonding portion exposed in step 1 with the wire, the other surface side of the substrate is resin-sealed, and then the protective tape is removed to expose the electrode terminal forming surface of the first semiconductor element, After wire bonding between the first semiconductor element and the exposed surface of the bonding portion, the electrode terminal forming surface of the first semiconductor element exposed to one surface side of the substrate and a bond The characterized by sealing with a resin Guwaiya.
Further, after the second semiconductor element is stacked and bonded on the ground surface of the first semiconductor element, another semiconductor element is further stacked and bonded on the electrode terminal forming surface of the second semiconductor element, After the second semiconductor element, another semiconductor element, and the bonding portion are connected by wire bonding, the electrode terminal forming surface of the first semiconductor element and the bonding wire exposed on one surface side of the substrate are sealed with resin. it shall be the feature of the that.
[0010]
In addition, after the semiconductor element is resin-sealed, an external connection terminal is joined to a land portion of the wiring pattern. Thus, it can be provided as a semiconductor device with external connection terminals.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. Hereinafter, the manufacturing process will be described in order.
In the present embodiment, a tape substrate is used as the substrate 10 on which the semiconductor element is mounted. FIG. 1A shows a substrate 10 in which a wiring pattern 14 is formed on one surface of an insulating film 12 having electrical insulation properties such as polyimide. A substrate 10 having a predetermined wiring pattern 14 can be obtained by using a tape substrate having a copper foil attached to one side of the insulating film 12 as a workpiece and etching the copper foil into a predetermined pattern.
[0012]
In the substrate 10 shown in FIG. 1A, reference numeral 14a denotes a bonding part for electrically connecting to a semiconductor element via a bonding wire, and reference numeral 14b denotes a land part for bonding an external connection terminal such as a solder ball. The configuration of the bonding portion 14a, the land portion 14b, and the like in the substrate 10 is the same as the configuration of the substrate used in the conventional semiconductor device. A characteristic configuration of the substrate 10 shown in FIG. 1A is that an insulating film 12 is provided with a mounting hole 16 for receiving a semiconductor element penetrating in accordance with the mounting position of the semiconductor element mounted on the substrate 10. It is in. The land portion 14b is formed by providing an opening hole in the insulating film 12 through which the wiring pattern to be the land portion 14b is exposed.
[0013]
The mounting hole 16 can be formed by forming the wiring pattern 14 in a predetermined pattern on the insulating film 12 and then pressing the substrate 10. In addition, after forming the mounting holes 16 in the insulating film 12 in advance by press punching, the copper foil is etched using the tape substrate with the copper foil deposited on one side of the insulating film 12 as a processed product, thereby forming a wiring pattern. 14 and the mounting hole 16 can be obtained.
The wiring pattern 14 provided on the tape substrate is not necessarily limited to one layer. It is also possible to use the substrate 10 in which the wiring patterns 14 are formed in multiple layers by interposing an insulating layer between the layers.
[0014]
In FIG. 1, for the sake of explanation, one unit portion on which a semiconductor element is mounted on the substrate 10 is shown. However, on the substrate 10 actually handled in the manufacturing process, a large number of unit portions on which semiconductor elements are mounted are connected vertically and horizontally. It is a thing.
In the present embodiment, the thickness of the substrate 10 shown in FIG. 1 is about 50 to 80 μm in total including the insulating film 12 and the wiring pattern 14.
[0015]
In FIG. 1B, as a pre-process for mounting a semiconductor element, a protective tape 18 is attached to the entire surface of the substrate 10 on which the wiring pattern 14 is formed, and the opening of the mounting hole 16 is closed with the protective tape 18. Indicates the state. The protective tape 18 is for temporarily supporting the semiconductor element in the mounting hole 16 provided in the substrate 10. For this reason, as the protective tape 18, a tape having an adhesive layer provided in advance on the surface to be attached to the substrate 10 is used.
[0016]
FIG. 1 (c) shows a state in which the semiconductor element 20 is attached to the protective tape 18 in alignment with the mounting hole 16 of the substrate 10, and the semiconductor element 20 is supported on the substrate 10 via the protective tape 18. The semiconductor element 20 is bonded to the protective tape 18 on the surface on which the electrode terminals are formed. The semiconductor element 20 usually used has a thickness of about 300 to 400 μm. Therefore, the back surface side of the semiconductor element 20 extends outward from the mounting hole 16 in a state where the semiconductor element 20 is bonded to the protective tape 18.
[0017]
FIG. 1 (d) shows a characteristic manufacturing process in the method of the present invention, and shows that the thickness of the semiconductor element 20 is reduced by grinding the semiconductor element 20 from the back surface side. In this grinding step, the semiconductor element 20 is ground and simultaneously the insulating film 12 of the substrate 10 is ground to reduce both the thickness of the semiconductor element 20 and the substrate 10. As a result, the ground surfaces of the semiconductor element 20 and the substrate 10 have the same height. In the present embodiment, the thickness of the substrate 10 and the semiconductor element 20 is reduced to about 30 to 50 μm by this grinding process. Since no circuit is formed on the back side of the semiconductor element 20, it is not a characteristic problem to reduce the thickness by grinding the semiconductor element 20 from the back side. In addition, when it is not necessary to grind the substrate 10 when grinding the semiconductor element 20, the semiconductor element 20 may be stopped by grinding to the same thickness as the substrate 10.
[0018]
In FIG. 1E, next, the protective tape 22 is attached to the side of the substrate 10 where the external connection terminals are joined, and the protective tape 18 is peeled off from the surface of the substrate 10 on which the wiring pattern 14 is formed. Indicates the state. By peeling off the protective tape 18, the surface of the semiconductor element 20 on which the electrode terminals are formed and the surface of the substrate 10 on which the wiring pattern 14 is formed are exposed.
FIG. 1F shows a state in which the wiring pattern 14 and the semiconductor element 20 are electrically connected by wire bonding between the semiconductor element 20 and the bonding portion 14 a of the substrate 10. Reference numeral 24 denotes a bonding wire. The height of the bonding wire 24 at the time of wire bonding is set to about 0.1 mm or less.
[0019]
FIG. 1G shows a state where one side of the substrate 10 on which the semiconductor element 20 is mounted is sealed with a protective tape 22 over the entire surface. The semiconductor element 20, the bonding wire 24, and the wiring pattern 14 are completely sealed by the sealing resin 26. In this embodiment, the sealing resin 26 has a thickness of 0.3 mm or less.
FIG. 1 (h) shows a state where the protective tape 22 is peeled off from the state shown in FIG. 1 (g). After the semiconductor element 20 is mounted on the substrate 10, the sealing resin 26 enters the mounting hole 16 by covering the entire surface of the substrate 10 to which the external connection terminals are bonded with the protective tape 22 and sealing the resin. The semiconductor element 20 is resin-sealed with only the ground surface exposed to the outside. In the state shown in FIG. 1H, the substrate 10 and the semiconductor element 20 are integrally supported by the sealing resin 26, and can be provided as a single package.
[0020]
FIG. 1 (i) shows a state in which solder balls as external connection terminals 28 are joined to the land portions 14b. The height of the external connection terminal 28 is about 0.15 mm.
After joining the external connection terminals 28, the substrate 10 is divided into individual pieces for each semiconductor device to obtain a single semiconductor device.
[0021]
The thickness of the semiconductor device obtained by the manufacturing method of the present embodiment is 0.5 mm or less in total including the thickness of the substrate 10 and the sealing resin 26 and the height of the external connection terminal 28. In this way, the thickness of the entire semiconductor device could be reduced by using the thinnest possible substrate 10, reducing the thickness of the sealing resin 26, and reducing the height of the external connection terminals 28. Of course, the semiconductor element 20 is ground and thinned to reduce the thickness of the semiconductor element 20, and the semiconductor element 20 is accommodated in the mounting hole 16 provided in the substrate 10. This is because the thickness is absorbed within the thickness of the substrate 10.
Further, the semiconductor device obtained by the above manufacturing method has an advantage that heat dissipation from the semiconductor element 20 is improved because the back surface of the semiconductor element 20 is exposed to the outside.
In the present embodiment, the external connection terminal 28 is joined to the land portion 14b. However, when the product is made without joining the external connection terminal 28 to the land portion 14b as in the LGA, the semiconductor device is further connected. It can be formed thin.
In the present embodiment, a tape substrate having an insulating film 12 as a base material is used as the substrate 10, but a substrate other than a resin substrate can also be used.
[0022]
In the above embodiment, a semiconductor device is formed by mounting one semiconductor element 20 on the substrate 10. However, in the manufacturing method, two or more semiconductor elements are mounted on the substrate 10 to form a semiconductor device. Is also possible.
FIG. 2 shows an example in which two semiconductor elements 20a and 20b are joined and mounted on the first semiconductor element 20a so as to stack the second semiconductor element 20b. When the semiconductor device of this embodiment is manufactured, the protective tape 22 is attached to the lower surface of the substrate 10 in FIG. 1E, the protective tape 18 is removed, and the electrode terminal forming surface of the semiconductor element 20a is exposed. In this state, the second semiconductor element 20b is bonded and mounted on the semiconductor element 20a. In this case, the second semiconductor element 20b is smaller than the first semiconductor element 20a so as not to interfere with the electrode arrangement of the first semiconductor element 20a.
[0023]
After bonding the second semiconductor element 20b to the first semiconductor element 20a, each semiconductor element 20a, 20b and the bonding portion 14a may be wire-bonded by a normal wire bonding method. After wire bonding, the semiconductor elements 20a and 20b are resin-sealed in the same manner as in FIGS. 1G, 1H, and 1I, and the external connection terminals 28 are joined, as shown in FIG. A semiconductor device in which two semiconductor elements 20a and 20b are stacked and mounted can be obtained.
[0024]
FIG. 3 is an explanatory view showing a second embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, two semiconductor elements are stacked and mounted on a substrate.
FIG. 3A shows a state in which the mounting hole 16 for mounting the semiconductor element 20 is provided in the substrate 10 made of a tape substrate, and the protective tape 18 is attached to the surface of the substrate 10 where the external connection terminals are joined. The substrate 10 is formed by providing a wiring pattern 14 on one surface of the insulating film 12, exposing the bonding portion 14a and the land portion 14b, and coating the surface of the substrate 10 on which the wiring pattern 14 is provided with a solder resist 13. is there.
[0025]
In this embodiment, as a method of stacking and mounting semiconductor elements on the substrate 10 and electrically connecting each semiconductor element and the bonding portion by wire bonding, the upper surface and the lower surface of the substrate 10 are connected to the bonding portion 14a provided on the substrate 10. Both are connected by wire bonding. That is, a bonding portion 14a that is electrically connected to the semiconductor element 20 is disposed around the mounting hole 16 that accommodates the semiconductor element 20 so as to surround the mounting hole 16, and is insulative in accordance with the arrangement of these bonding portions 14a. The solder resist 13 is provided so that the upper surface of the bonding portion 14a is exposed in the bonding hole 17 by providing the bonding hole 17 in the film 12, and the lower surface of the bonding portion 14a is exposed on the lower surface of the substrate 10.
[0026]
3B, the electrode terminal forming surface of the first semiconductor element 20a is attached to the protective tape 18 in alignment with the mounting hole 16 of the substrate 10, and the semiconductor element 20a is attached to the substrate 10 via the protective tape 18. It is in a supported state.
FIG. 3C shows a state in which the back surface side of the semiconductor element 20a is ground to reduce the thickness of the semiconductor element 20a, and the insulating film 12 of the substrate 10 is ground to reduce the thickness of the substrate 10. . As in the case of the first embodiment described above, the ground surface of the semiconductor element 20a and the ground surface of the insulating film 12 are flush with each other. In the embodiment, the thickness of the semiconductor element 20a and the insulating film 12 is set to about 50 μm after grinding.
[0027]
In FIG. 3D, after the semiconductor element 20a and the insulating film 12 are ground, the second semiconductor element 20b and the second semiconductor element 20b are connected to the first semiconductor element 20a in a stacked manner. A state where the bonding portion 14a of the pattern 14 is electrically connected by wire bonding is shown. The second semiconductor element 20b is stacked by joining the back surface of the first semiconductor element 20a with the electrode terminal forming surface as the outer surface side. Since the second semiconductor element 20b is bonded to the back surface of the second semiconductor element 20a, the first semiconductor element 20a and the second semiconductor element 20b can have the same size. The second semiconductor element 20b is formed by grinding the back surface in advance to a thickness of about 50 μm before bonding.
[0028]
Wire bonding between the second semiconductor element 20 b and the bonding portion 14 a is an operation of wire bonding to the upper surface of the bonding portion 14 a exposed in the bonding hole 17. Since the insulating film 12 is thinly formed by grinding, wire bonding can be easily performed using a conventional bonding tool by appropriately setting the opening area of the bonding hole 17.
[0029]
FIG. 3E shows a state where the surface of the substrate 10 on which the semiconductor elements 20a and 20b are mounted is sealed with resin. The semiconductor elements 20 a and 20 b are sealed with resin while being supported by the protective tape 18, and the semiconductor elements 20 a and 20 b and the bonding wires 24 are sealed with the sealing resin 26.
FIG. 3F shows a state in which the protective tape 18 is peeled off from the substrate 10 after resin sealing, and the first semiconductor element 20a and the bonding portion 14a are electrically connected by wire bonding. By peeling off the protective tape 18 from the substrate 10, the electrode terminal forming surface of the semiconductor element 20a and the lower surface of the bonding portion 14a are exposed. The semiconductor element 20a and the bonding part 14a can be electrically connected by a normal wire bonding method.
[0030]
In FIG. 3G, after the semiconductor element 20a and the bonding portion 14a are wire-bonded, the electrode terminal forming surface of the semiconductor element 20a and the exposed portions of the bonding wire 24 and the bonding portion 14a are sealed with the resin 30. 14b shows a state in which the external connection terminal 28 is joined to form a semiconductor device. The operation of sealing with the resin 30 is performed by potting or the like.
[0031]
According to the manufacturing method of the present embodiment, the first semiconductor element 20a is accommodated and mounted in the mounting hole 16 provided in the substrate 10, thereby effectively reducing the overall thickness of the semiconductor device. It became possible to do. Further, the first semiconductor element 20a is wire-bonded from the lower surface side of the substrate 10 to the bonding portion 14a, and the second semiconductor element 20b is wire-bonded from the upper surface side of the substrate 10 to the bonding portion 14a. In addition, it is possible to effectively reduce the thickness of a semiconductor device in which semiconductor elements are stacked and mounted. According to this manufacturing method, it is possible to manufacture a semiconductor device within a thickness of about 0.6 mm by reducing the thickness of the sealing resin 26 and reducing the height of the external connection terminal 28.
[0032]
In the above embodiment, the number of semiconductor elements mounted on the substrate 10 is two, but it is possible to mount three or more semiconductor elements.
FIG. 4 shows a semiconductor device in which three semiconductor elements 20a, 20b, and 20c are mounted on the substrate 10 by the same method as in the above embodiment. When manufacturing the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 3C, after grinding the back surface of the first semiconductor element 20a, the second semiconductor element 20b is joined to the first semiconductor element 20a. Further, the third semiconductor element 20c is joined to the second semiconductor element 20b. Since the third semiconductor element 20c is joined to the electrode terminal formation surface of the second semiconductor element 20b, the third semiconductor element 20c is less than the second semiconductor element 20b so as not to interfere with the electrode of the second semiconductor element 20b. Use small elements.
[0033]
After joining the third semiconductor element 20c to the second semiconductor element 20b, the second semiconductor element 20b and the third semiconductor element 20c and the bonding portion 14a are electrically connected by wire bonding. The method of wire bonding to the bonding portion 14a in a state where the semiconductor elements 20b and 20c are stacked is the same as the conventional method.
After wire bonding of the semiconductor elements 20b and 20c and the bonding part 14a, as shown in FIG. 3E, one side of the substrate 10 is sealed with resin, and the semiconductor elements 20a, 20b and 20c are sealed with sealing resin 26. After the sealing, the protective tape 18 is peeled and removed in the same manner as shown in FIGS. 3F and 3G, the first semiconductor element 20a and the bonding portion 14a are wire-bonded, and the first semiconductor 4 can be obtained by sealing the element 20a and the bonding wire 24 with the resin 30 and bonding the external connection terminal 28 to the land portion 14b.
[0034]
As shown in FIG. 4, even in the case of a semiconductor device in which three or more semiconductor elements are stacked, according to the configuration of the semiconductor device according to the present invention, the thickness of the semiconductor element is absorbed by the thickness of the substrate. Therefore, the thickness of the semiconductor device can be effectively reduced. According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to reduce the thickness to about half that of a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a conventional substrate, which is suitable for downsizing of an electronic device. It becomes possible to do.
[0035]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention, as described above, the semiconductor device can be suitably reduced in thickness, and as a result, the semiconductor device can be suitably adapted to the downsizing of the electronic device. There are significant effects such as being able to provide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a second embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Board | substrate 12 Insulating film 13 Solder resist 14 Wiring pattern 14a Bonding part 14b Land part 16 Mounting hole 17 Bonding hole 18, 22 Protective tape 20, 20a, 20b, 20c Semiconductor element 24 Bonding wire 26 Sealing resin 28 External connection terminal 30 resin

Claims

A semiconductor device manufacturing method comprising: mounting a semiconductor element on a substrate provided with a wiring pattern; electrically connecting the semiconductor element and a bonding portion of the wiring pattern by wire bonding; and sealing the semiconductor element with a resin. In
As the substrate, using a substrate provided with a mounting hole that accommodates the semiconductor element in the thickness direction, and after sticking a protective tape that closes the opening of the mounting hole on one surface of the substrate,
The semiconductor element is aligned with the mounting hole, and the semiconductor element is bonded to the protective tape with the electrode terminal forming surface of the semiconductor element as the bonding surface side,
After reducing the thickness of the semiconductor element by grinding the semiconductor element from the back side while supporting the semiconductor element on the protective tape,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising performing processing after the wire bonding including the resin sealing.

2. The substrate according to claim 1, wherein when the semiconductor element is ground from the back side while the semiconductor element is supported on the protective tape, the other side of the substrate is ground to reduce the thickness of the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.

After reducing the thickness of the semiconductor element by grinding the semiconductor element from the back side,
Attaching another protective tape to the other surface of the substrate, removing the protective tape from one surface of the substrate, exposing the electrode terminal forming surface of the semiconductor element,
After stacking and joining other semiconductor elements on the electrode terminal forming surface of the semiconductor element,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein each of the semiconductor elements and a bonding portion of the wiring pattern are wire-bonded.

As a substrate, a substrate provided with a mounting hole for accommodating the first semiconductor element and a bonding hole for exposing the bonding portion is used.
After the first semiconductor element is ground from the back side while the first semiconductor element is supported on the protective tape to reduce the thickness of the semiconductor element,
Stacking and joining a second semiconductor element on the ground surface of the first semiconductor element;
Next, after wire bonding the second semiconductor element and the bonding portion exposed in the bonding hole,
Resin-sealing the other surface side of the substrate,
Next, the protective tape is removed to expose the electrode terminal forming surface of the first semiconductor element, and after wire bonding the exposed surface of the first semiconductor element and the bonding portion,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode terminal forming surface of the first semiconductor element and the bonding wire exposed on one surface side of the substrate are sealed with resin.

After stacking and bonding the second semiconductor element on the ground surface of the first semiconductor element, further stacking and bonding another semiconductor element on the electrode terminal forming surface of the second semiconductor element,
After connecting the second semiconductor element, the other semiconductor element, and the bonding portion by wire bonding,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the electrode terminal forming surface of the first semiconductor element and the bonding wire exposed on one surface side of the substrate are sealed with resin.

6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the semiconductor element is resin-sealed, an external connection terminal is joined to a land portion of the wiring pattern.